CN112983358A - 水平井同井缝间注二氧化碳开采煤层气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水平井同井缝间注二氧化碳开采煤层气的方法，属于石油开采技术领域。所述方法包括：采用压裂液对水平井井筒分段压裂，以形成多条垂直于水平井井筒的压裂裂缝，所述压裂裂缝分为第一组压裂裂缝和第二组压裂裂缝；在油管上对应于所述第一组压裂裂缝的位置射孔；经由所述油管和套管形成的环形空间，向所述第二组压裂裂缝注入二氧化碳；以及开启设置在所述水平井井口处的采油阀，经由所述二氧化碳驱替而产出的煤层气经所述第一组压裂裂缝对应的所述射孔进入所述油管被采出。通过上述技术方案，通过对同一井的缝间注入二氧化碳，使得注入的二氧化碳可以深入煤层中，可以增大注入量，提高煤层气的采收率，并且还能够降低瓦斯事故的发生概率。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，具体地涉及一种水平井同井缝间注二氧化碳开采煤层气的方法。
背景技术
煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主(80％～90％)、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体(10％～20％)，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。同时，煤层气也是造成瓦斯***的主要原因，因此合理的开采煤层气对于煤矿的安全生产也十分重要。
由于煤层渗透性能普遍较低，这给煤层气的解吸和运移带来了困难，因此煤层气开采效果普遍很差，所以迫切需要找到一条效率更高且行之有效的煤层气增产技术，提高煤层气的采收率，减少资源浪费，实现煤矿的安全生产。
现有的方案通常采用水力压裂技术和高压注水等方法解决煤层渗透性能差的问题，以促使煤层瓦斯解吸，达到煤层气增产的目的。但这些方法所能达到的效果都很不理想，并不能从根本上解决低渗透煤层开发的问题。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种水平井同井缝间注二氧化碳开采煤层气的方法，用于解决上述技术问题中的一者或多者。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种煤层气开采方法，所述方法包括：采用压裂液对水平井井筒分段压裂，以形成多条垂直于水平井井筒的压裂裂缝，所述压裂裂缝分为第一组压裂裂缝和第二组压裂裂缝；在油管上对应于所述第一组压裂裂缝的位置射孔；经由所述油管和套管形成的环形空间，向所述第二组压裂裂缝注入二氧化碳；以及开启设置在所述水平井井口处的采油阀，经由所述二氧化碳驱替而产出的煤层气经所述第一组压裂裂缝对应的所述射孔进入所述油管被采出。
可选的，所述压裂液中包括二氧化碳。
可选的，在对所述水平井井筒分段压裂之前，所述方法还包括：检测所述水平井所处的煤层气储层的温度和压力；以及在所述温度未处于预设温度范围，和/或所述压力未处于预设压力范围时，确定向所述第二组压裂裂缝注入的二氧化碳为处于超临界状态的二氧化碳。
可选的，所述水平井为多个，在对水平井井筒分段压裂之前，所述方法还包括：检测所述水平井所处的煤层气储层的温度和压力；将所述温度与预设温度相比较，并将所述压力与预设压力范围相比较；以及在所述温度处于预设温度范围，并且所述压力处于预设压力范围时，对所述水平井井筒进行分段压裂。
可选的，所述向所述第二组压裂裂缝注入的二氧化碳为气态的二氧化碳，所述气态的二氧化碳在所述第二组压裂裂缝中转变为超临界状态。
可选的，在所述第二组压裂裂缝对应的套管位置处设置有配注阀，所述配注阀用于控制所述二氧化碳的注入速度。
可选的，所述方法还包括：在所述环形空间中对应于所述第一组压裂裂缝的位置处设置注采分隔装置，所述油管的外壁和所述套管的内壁作为所述注采分隔装置的支撑端面。
所述注采分隔装置包括：两个封隔器；以及导流管，设置在所述两个封隔器之间，与所述环形空间相连通。
可选的，所述第一组压裂裂缝中的裂缝与所述第二组压裂裂缝中的裂缝间隔排列。
可选的，所述第一组压裂裂缝为奇数级裂缝，所述第二组压裂裂缝为偶数级裂缝。
通过上述技术方案，通过对同一井的缝间注入二氧化碳，使得注入的二氧化碳可以深入煤层中，可以增大注入量，提高煤层气的采收率，并且还能够降低瓦斯事故的发生概率。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明实施例提供的注采分隔装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的注采分隔装置的横截面示意图；
图3是本发明实施例提供的水平井同井缝间开采煤层气的方法的过程示意图。
附图标记说明
1 注采分隔装置 1A 封隔器 1B 导流管
2 套管 3 油管 4 偶数级裂缝
5 奇数级裂缝 6 环形空间 7 压裂水平井
8 配注阀 9 注入孔
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
首先需要说明的是，本发明实施例中的术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征，并且在需要的情况下，这些技术特征所能达到的效果基本相同。
对于本发明任意实施例提供的开采煤层气的方法来说，可以根据实际情况在孔对应的管道处以及管道连接处等位置设置一个或多个阀门，用以调整开采煤层气过程中的进度。
例如，例如开采的煤层气的过程中，需要向压裂裂缝中注入二氧化碳，因此可以考虑在套管上对应于压裂裂缝的位置处设置配注阀，用以控制二氧化碳是否可以注入至煤层中以及二氧化碳注入煤层时的注入速度等。
例如，还可以在套管与油管之间设置阀门，用于控制流体在套管与油管之间的环形空间流动，或者控制流体在油管内部流动。其中，本发明实施例提供的方案中需要在油管上进行射孔，以使得煤层气可以通过油管被产出，因而该阀门的位置可以与射孔的位置相对应。
本发明实施例还提供了一种注采分隔装置，可以将其设置在套管与油管之间，通过油管进入所述分隔装置中的煤层气，可以通过油管上的射孔进入至油管，进而留至井口，实现煤层气的开采。
图1是本发明实施例提供的注采分隔装置的结构示意图。如图1所示，注采分隔装置1主要被分为两部分，即封隔器1A和导流管1B。其中，每个注采分隔装置1具有两个封隔器1A，导流管1B被设置在两个封隔器1A之间，所述封隔器1A能够控制导流管1B内的流体运动。
将图1中示出的注采分隔装置1设置在套管与油管之间，对应的注采分隔装置的横截面示意图如图2所示。
具体的，注采分隔装置1设置在套管2与油管3之间时，油管3的外壁和套管2的内壁能够作为注采分隔装置1的支撑端面。其中，若注采分隔装置1中的封隔器1A处于封闭状态，则两个封隔器1A之间的流体无法进入油管。
本发明该实施例提供的注采分隔装置，不仅能够封闭油管和套管形成的环形空间，还能够起到隔热的作用。
实施例一
针对现有技术开采煤层气安全性差且采收率低的问题，本发明提供了一种水平井同井缝间开采煤层气的方法。具体的，本发明实施例提供的开采煤层气的方法的具体步骤如下所示。
步骤1：先采用压裂液对水平井的井筒分段压裂，以能够形成多条裂缝。其中，从所述多条裂缝中选定一部分垂直于水平井井筒的压裂裂缝作为第一组压裂裂缝，并从所述多条裂缝中再选定一部分垂直于水平井井筒的压裂裂缝作为第二组压裂裂缝。
步骤2：在油管上对应于第一组压裂裂缝的位置进行射孔。
步骤3：向由油管和套管形成的环形空间中注入二氧化碳，以使得所述二氧化碳能够被注入至第二组压裂裂缝中。
步骤4：开启水平井井口处的采油阀，经由二氧化碳驱替而产出的煤层气经过第一组压裂裂缝对应的射孔进入油管被采出。
本发明实施例提供的方案，通过向水平井对应的压裂裂缝中的部***缝注入二氧化碳，通过二氧化碳驱替而采出的煤层气能够通过该水平井对应的剩余的部***缝产出。也就是说，该方案可以通过一口井完成对煤层气的驱替和开采，因而能够有效降低煤层气开采成本，提升经济效益，并且还能够提高井平均产量。并且通过注入二氧化碳以开采煤层气的过程中，注入的二氧化碳会被封存在煤层中，因而在能够提高煤层气采收效率的同时，还能够得到减少温室气体的目的。
相较于现有的开采煤层气的方法来说，通过本发明实施例提供的方案，改进为通过对同一井的缝间注入二氧化碳，使得注入的二氧化碳可以深入煤层中。即本发明实施例提供的方案，将低渗煤层气的井间问题转为了缝间问题，因此可以有效降低注入压力，增大注入量，提高煤层气的采收率，并且还能够降低瓦斯事故的发生概率。
在一些可选实施例中，在一些可选实施例中，所述第一组压裂裂缝中的裂缝与所述第二组压裂裂缝中的裂缝可以以一定间隔进行排列。例如，可以通过第一组压裂裂缝与第二组压裂裂缝交叉排列(即第一组压裂裂缝为奇数级裂缝，第二组压裂裂缝为偶数级裂缝)，或者每隔两个第二组压裂裂缝穿插一个第一组压裂裂缝，或者以多种规律组合的方式来设置第一组压裂裂缝与第二组压裂裂缝的排序等。选定合适的排序方式可以有效提高井产量和降低生产成本，因而所述第一组压裂裂缝与第二组压裂裂缝之间的具体排序，可以根据压裂裂缝的分布情况、压裂裂缝自身状态(例如压裂裂缝的长度和宽度等)和煤层状态等综合确定。
在一些可选实施例中，可以采用含有二氧化碳的压裂液对水平井井筒进行分段压裂，以改善空隙和裂缝的结构，提高煤层气采收效率。
实施例二
现结合一具体实施例来解释本发明实提供的水平井同井缝间开采煤层气的方法。
首先，向水平井中注入压裂液，以使得储层产生压裂裂缝，在一定间距范围之间选取裂缝，选取的裂缝按照奇数级裂缝和偶数级裂缝分为两组，并且至少选取三级裂缝。其中，奇数级裂缝可以用作煤层气流通的通道，偶数级裂缝可以用作注入二氧化碳的通道。
然后将油管***套管中，使得油管与套管之间形成一环形空间。所述油管与套管之间形成的环形空间用作下入电加热材料和加热导线的通道以及原油流向井口的通道。所述油管作为原油流向井口的通道。
取出油管，先根据需求在油管上相应的位置设置阀门后，在油管上对应于奇数级裂缝的位置进行射孔，再将油管和套管下入至对应的位置(也就是取出前的位置)。
由井口向有关于套管形成的环形空间中注入二氧化碳，所述二氧化碳会流入偶数级裂缝中并扩散。
开井生产，煤层气从奇数级裂缝中产出，先进入所述环形空间内，再经过奇数级裂缝对应的射孔进入油管，实现煤层气的采收。
实施例三
现结合图3详细解释采用本发明实施例提供的多级压裂水平井同井缝间开采煤层气的方法开采煤层气的过程。
如图3所示，压裂水平井7的井筒中放置有油管3和套设在油管3外侧的套管2，油管3与套管2之间形成由环形空间6。
与偶数级裂缝4对应的管道上设置有配注阀8(设置在套管3处)和注入孔9，与奇数级裂缝5对应的管道上设置有注采分隔装置1(与油管2的射孔相对应，且设置在所述环形空间6内)。
开启配注阀8，向环形空间6注入二氧化碳，二氧化碳流经注采分隔装置1，由偶数级裂缝4进入煤层。其中，由于配注阀8和注采分隔装置1的设置，注入的二氧化碳仅能进入图3中示出的二级、四级、六级和八级等偶数级裂缝，不能进入一级、三级、五级、七级和九级等奇数级裂缝。
打开采油阀(图中未示出)，驱替出的煤层气会从奇数级裂缝5中阐述，并进入注采分隔装置1的导管与套管2和油管3形成的环形空间内，继而通过油管3上对应于奇数级裂缝位置的射孔进入油管3采出。
实施例四
本发明实施例还提供了一种水平井同井缝间开采煤层气的方法。该实施例与上述实施例的区别在于，在对水平井井筒分段压裂之前，需要先确定煤层气内部的状态。
具体的，先检测所述水平井所处的煤层气储层的温度和压力，然后再将检测到的水平井所处的煤层气储层的温度和压力分别与预设温度范围和预设压力范围相比较。
其中，在水平井所处煤层气储层的温度未处于预设温度范围，和/或水平井所处煤层气储层的压力未处于预设压力范围时，需要向第二组压裂裂缝中注入处于超临界状态的二氧化碳。
其中，在水平井所处煤层气储层的温度处于预设温度范围，并且水平井所处煤层气储层的压力处于预设压力范围时，表明二氧化碳在煤层气储层中容易变为超临界状态。因此，对于这种水平井来说，可以直接注入气态的二氧化碳来开采煤层气，而无需先将气态二氧化碳转换成超临界二氧化碳再注入水平井中。
在一些可选实施中，可以对所处于煤层深度超过800m的水平井中直接注入普通二氧化碳，无需检测该水平井所处的煤层气储层的温度和压力，并且也不需要注入超临界状态的二氧化碳。
水平井所处的煤层的温度和/压力中的至少一者没有达到临界温度和临界压力时，为了提高煤层气采收率及采收效率，可以设置加热设备和加压设备，使储气罐输出的二氧化碳经过加热设备加热和加压设备加压以后再注入至储层中。
所述加热设备的加热温度需要大于31.2℃，所述加压设备的压强需要大于9.38MPa。其中，为了缩短二氧化碳的状态转换时间，可以相应增大加热温度和加压压强。例如，加热温度大于35℃，加压压强大于9.5MPa等。
另外，为了能够更好的控制将二氧化碳转换为超临界二氧化碳的过程，可以在加热设备中设置如温度计等能够检测温度的设备，在加压设备中设置如气压传感器等能够检测压强的设备，以便于能够根据检测的结果实时调整加压温度和加压压强等。
在一些可选实施例中，若有多口水平井，可以先检测每口水平井所处的煤层气储层的温度和压力，选定所处储层的温度处于预设温度范围和压力处于预设压力范围内的水平井注入二氧化碳，以使得注入的二氧化碳在压裂裂缝中可以由气态转变为超临界状态。因而无需预先对气态二氧化碳进行加热和加压处理，可以有效降低煤层气开采成本。
本发明该实施例提供的方案，考虑到了二氧化碳可以处于气态也可以处于超临界状态。而采用处于超临界状态的二氧化碳的扩散系数是液体的100倍，并且溶解能力好，可以溶解煤基质中的有机质，如酯、醚、内酯类和环氧化合物等，而且可以促进吸附状态的瓦斯的解吸，能够有效扩增煤体的孔裂隙，提高煤层的渗透性，使得孔隙和裂隙的结构得到改善，更有利于瓦斯的析出。也就是说，采用处于超临界状态的二氧化碳进行驱替以开采煤层气的采收率远高于处于气态的二氧化碳的采收率，因此在该实施例中提出了可以基于水平井所处的煤层气储层的状态确定注入水平井的二氧化碳的状态。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种开采煤层气方法，其特征在于，所述方法包括：
采用压裂液对水平井井筒分段压裂，以形成多条垂直于水平井井筒的压裂裂缝，所述压裂裂缝分为第一组压裂裂缝和第二组压裂裂缝；
在油管上对应于所述第一组压裂裂缝的位置射孔；
经由所述油管和套管形成的环形空间，向所述第二组压裂裂缝注入二氧化碳；以及
开启设置在所述水平井井口处的采油阀，经由所述二氧化碳驱替而产出的煤层气经所述第一组压裂裂缝对应的所述射孔进入所述油管被采出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压裂液中包括二氧化碳。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述水平井井筒分段压裂之前，所述方法还包括：
检测所述水平井所处的煤层气储层的温度和压力；以及
在所述温度未处于预设温度范围，和/或所述压力未处于预设压力范围时，确定向所述第二组压裂裂缝注入的二氧化碳为处于超临界状态的二氧化碳。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水平井为多个，在对水平井井筒分段压裂之前，所述方法还包括：
检测所述水平井所处的煤层气储层的温度和压力；
将所述温度与预设温度相比较，并将所述压力与预设压力范围相比较；以及
在所述温度处于预设温度范围，并且所述压力处于预设压力范围时，对所述水平井井筒进行分段压裂。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述向所述第二组压裂裂缝注入的二氧化碳为气态的二氧化碳，所述气态的二氧化碳在所述第二组压裂裂缝中转变为超临界状态。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二组压裂裂缝对应的套管位置处设置有配注阀，所述配注阀用于控制所述二氧化碳的注入速度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述环形空间中对应于所述第一组压裂裂缝的位置处设置注采分隔装置，所述油管的外壁和所述套管的内壁作为所述注采分隔装置的支撑端面。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述注采分隔装置包括：
两个封隔器；以及
导流管，设置在所述两个封隔器之间，与所述环形空间相连通。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一组压裂裂缝中的裂缝与所述第二组压裂裂缝中的裂缝间隔排列。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一组压裂裂缝为奇数级裂缝，所述第二组压裂裂缝为偶数级裂缝。
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